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振動流化床運用于食品行業(yè)

信息來源：本站 | 發(fā)布日期： 2016-10-17 15:11:57 | 瀏覽量：2113

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振動流化床在食品工業(yè)上用于干燥果汁型飲料、速溶乳粉、砂糖、葡萄糖、湯料粉等。
流化床干燥機呈長方形或長槽狀箱體結構。流化床工作部位為多孔板，由薄鋼板沖孔、細鋼絲編織網(wǎng)或氧化鋁燒結成多孔陶瓷板制成，多孔板下方是熱空氣強制通風室。干燥時，顆粒狀食品原料由供料裝置散布在多孔板上，形成一定料層厚度，熱空氣穿過多孔板，對板上物料進行干燥加熱，同時使板上的食品原料呈沸騰狀態(tài)，如同流體流動一般，所以叫流化狀態(tài)。物料因流化而加速向出口運動，干燥物料通過出料口排出機外，吸濕換熱后的低溫空氣由排風口排出。

一、流化床干燥機的原理及特點
在其他條件一定時，流化床上物料流化狀態(tài)的形成和穩(wěn)定主要取決于氣流的速度。流化床上物料層的狀態(tài)與氣流速度的關系如圖10—6所示，氣流速度與床層壓力降的關系如圖10—7所示。

(1) 固定床段當風速很小時，氣流從顆粒間通過，氣流對物料的作用力還不足以使顆粒運動，物料層靜止不動，高度不變，即固定床階段(圖10—7所示曲線的OA段)。
(2) 松動床段床層壓力降隨氣流速度的增加而增大，當氣流的速度逐漸增大至接近νK時，壓力降等于單位面積床上物料層的實際重力時，床層開始松動，高度略有增加，物料空隙率也稍有增加，但床層并無明顯的運動，即松動床階段(圖10—7所示曲線的AB段)。
(3) 流態(tài)化開始階段當氣流的速度增大至νK(氣流臨界流化速度，此時床層壓力降達到^大值ΔPK)并繼續(xù)增加時，顆粒開始被氣流吹起并懸浮在氣流中，顆粒間相互碰撞、混合，床層高度明顯上升，床上物料呈現(xiàn)近乎液體的沸騰狀態(tài)，即流化態(tài)開始階段(圖10—7所示曲線的BC段)，此階段床層處于不穩(wěn)定階段，極易形成“流溝”。流溝的出現(xiàn)使氣流分布不均勻，大部分氣流在未與物料顆粒充分接觸前便通過。流溝若出現(xiàn)在物料流態(tài)化干燥過程中，引起于燥不均勻，干燥時間延長，白白浪費熱量。
(4)流態(tài)化展開段當氣流的速度進一步增大，床上物料處于穩(wěn)定的流化狀態(tài)(圖10—7所示曲線的CD段)，在物料流態(tài)化干燥時，熱風氣流的速度應穩(wěn)定在CD范圍內(nèi)。
(5)氣力輸送階段當氣流速度再增大，氣流對物料的作用力使物料顆粒被氣流帶走，即氣力輸送階段(圖10—7所示曲線的DE段)。

二、流化床的工作參數(shù)
(一)臨界流化速度νK和操作速度
臨界流化速度對于流化床的研究、設計、操作、運行是一個重要的參數(shù)。臨界流化速度由團體顆粒和流體介質的性質所決定的，其大小表示流態(tài)化形成的難易程度。臨界流化速度越小，流化狀態(tài)越容易形成。臨界流化速度νK的計算公式有多種，因歸納公式的實驗條件不同，每個計算公式的應用范圍都有其局限性。根據(jù)A．G．費根的研究，果蔬食品流化床的臨界速度νK(m／s)與物料單顆粒的質量呈拋物線關系，即

實際操作速度ν為

式中，mp為顆粒單體的質量，g／個；νK為臨界速度，m／s；ν為實際操作速度，m／s。
(二)風機壓力
風機的壓力主要用于克服氣流通過各種工作部件的阻力，如物料顆粒層的阻力、勻風篩板的阻力、換熱器的阻力，以及流通阻力和局部阻力等。
在流化床中，勻風篩板既用于支承和輸送物料，又起到勻風的作用，使氣流在篩板上分布均勻。勻風篩板的阻力與氣流速度和篩板開孔率有關。由于依據(jù)的條件不同，計算公式也不相同，實際計算時，常取勻風篩板的阻力為食品顆粒層阻力的10％-40％。換熱器阻力、流通阻力和局部阻力按常規(guī)方法計算。
三、振動流化際干燥機的結構
(一)振動方式
(1)強制振動型利用安裝在機體兩側的振動電動機產(chǎn)生直線振動，振動電動機安裝相位角決定振動方向，更換固定偏心塊或改變可動偏心塊之間的夾角可調節(jié)激振力大小。由于振頻通常高于固有頻率，在啟動和停車的過程中，頻率經(jīng)過固有頻率時，會產(chǎn)生共振，機體會產(chǎn)生較大振幅，尤其在停車時，劇烈的搖晃會產(chǎn)生較大沖擊力，采用適當?shù)拇胧?，可減輕這種現(xiàn)象。
(2)固有振動型振型由主振器固有振動決定，振幅一般不可調。運轉中只需提供較少能量，以補償主振彈簧振動中內(nèi)摩擦及其他阻力消耗。節(jié)能是其突出特點，但壽命較低。
振動流化床干燥機為能適應各種不同的物料，應選強制型。如只是針對某一具體物料設計，選擇固有振動型往往會獲得較好的經(jīng)濟指標。
(二)振動電動機的位置
振動電動機的位置可有多種，電動機居中，電動機座板可在180°范圍內(nèi)任意調整，使相位角可以按需調節(jié)。由于電動機位置接近質心，易于調整機體前后平衡，從而保證振動流化床進出料端振幅相同。如將振動電動機安裝在尾部，電動機散熱條件較好，但改變相位角較困難。
(三)上、下箱體
上箱體將干燥區(qū)同大氣分隔開，防止粉塵外逸污染環(huán)境。上箱體通常設計為薄壁結構，壁厚為1—4mm，可焊接加強筋，下箱體的基本功能是機體和空氣分配室，它和勻風板共同完成將熱風均勻送入床層的任務。一般下箱體進風口面積為勻風板開孔面積的6—8倍時，床層下部風較均勻。因此下箱體容積須足夠大。下箱體結構同上箱體一樣也為薄壁結構，但由于要承受參振質體動負荷，應設計為框架箱式結構。
(四)勻風板
勻風板多采用0.3—6mm厚的鋼板鉆孔或沖制孔而成，有的還要在底部焊筋以提高剛度，用來支承物料，并將氣體均勻分布于料層中。
開孔率即勻風板開孔面積和與勻風板總面積之比，是勻風板的重要特性參數(shù)。開孔率越大，流化質量越不易保證，漏料也會越嚴重。但開孔率過小會使阻力加大，動力消耗提高。振動流化床干燥機開孔率一般取1％-5％，其下限常用于顆粒較細、密度較小的物料。當在勻風板下加設均風和防漏網(wǎng)時，開孔率可取7％-8％。
(五)隔振設計
振動引入流化床對干燥有利，但對周圍環(huán)境不利，應設法降低或消除。強制振動式流化床一般用隔振方式，使傳給地基的動載荷降到安全程度。隔振，就是用剛度較小的彈簧將振動流化床支承起來。常用的隔振彈簧有金屬螺旋彈簧和橡膠彈簧。金屬螺旋彈簧具有制造簡單、內(nèi)摩擦小、能耗低等優(yōu)點，但體積大、易產(chǎn)生噪聲、橫向剛度小、易使機器產(chǎn)生橫向擺振。橡膠彈簧則可制成不同形狀和尺寸，三個方向剛度均可按需要設計，噪聲低，過共振區(qū)時振幅較小，但適應溫度能力較差，近年橡膠彈簧已大量采用。